摘 要

过氧化氢(H₂O₂)作为一种绿色环境友好型氧化剂，在生物和环境过程以及化学工业中具有重要的意义。尽管蒽醌自氧化(AQ)过程一直是产生H₂O₂的主要人工途径，但其能源成本和非绿色性质一直激励人们开发更高效、经济和绿色的替代技术。光催化直接合成过氧化氢作为蒽醌法的一种很有前途的替代方法，因其反应条件温和，如室温、常压、光照等而受到广泛关注。

本论文通过光沉积法合成光催化复合材料Au/BiVO₄，对其进行XRD等表征，并在实验室用光催化反应装置进行光照条件下去离子水氧气在不断搅拌下产生过氧化氢性能的对照实验，探究复合催化材料中金负载量、体系的pH、不同牺牲试剂对产生过氧化氢性能的影响，并选出最优条件。利用过氧化氢（H₂O₂）与草酸钛钾[K₂TiO(C₂O₄)₂]发生络合反应生成稳定的橙黄色络合物过钛酸{[TiO(H₂O₂)]² }可间接测得到样品中H₂O₂的含量。通过分析实验数据得出，在金负载量为0.5%、柠檬酸盐（pH=3）做缓冲溶液、5mM柠檬酸做牺牲剂时，该体系光催化制备双氧水性能更优。太阳能光催化合成过氧化氢是近年来研究的热点之一，虽然已经取得了一些有希望的成果，但光催化过氧化氢的生产仍处于起步阶段，还有很大的发展空间。

关键词：过氧化氢 光催化 Au/BiVO₄ BiVO₄

Abstract

Hydrogen peroxide (H₂O₂), as a green and environment-friendly oxidant, plays an important role in biological and environmental processes and chemical industry. Although anthraquinone self oxidation (AQ) process has always been the main artificial way to produce H₂O₂, its energy cost and non green nature have always inspired people to develop more efficient, economic and green alternative technologies. As a promising alternative to anthraquinone method, the direct synthesis of hydrogen peroxide by photocatalysis has attracted much attention due to its mild reaction conditions, such as room temperature, atmospheric pressure and light.

In this paper, Au / BiVO₄ composite material was synthesized by photodeposition, characterized by XRD and so on, and the performance of hydrogen peroxide produced by ionic water and oxygen under the condition of light was compared in the laboratory with the photocatalytic reaction device. The influence of gold load, pH of the system and different sacrificial reagents on the performance of hydrogen peroxide was explored and selected The best condition. The content of H₂O₂ in the sample can be measured indirectly by the complex reaction of H₂O₂with potassium titanate [K₂TiO(C₂O₄)₂]to form a stable orange yellow complex peroxytitanate {[TiO(H₂O₂)]² }. By analyzing the experimental data, it is concluded that the photocatalytic performance of the system is better when the gold loading is 0.5%, citrate (pH = 3) is used as buffer solution and 5 mm citric acid is used as sacrificial agent. Photocatalytic synthesis of hydrogen peroxide by solar energy is one of the hot spots in recent years. Although some promising results have been achieved, the production of photocatalytic hydrogen peroxide is still in its infancy, and there is still much room for development.

Key word： Hydrogen peroxide Photocatalysis Au/BiVO₄ BiVO₄

目录

第一章 绪论 1

1.1 光催化概述 1

1.2 光催化产过氧化氢 1

1.2.1 光催化合成过氧化氢机理 1

1.3 过氧化氢概述 2

1.3.1 过氧化氢简介 2

1.3.2 过氧化氢用途 3

1.3.3 工业合成H₂O₂的几种方法 4

1.3.3.1 蒽醌法（AQ） 4

1.3.3.2 氢氧直接合成法 5

1.3.3.3 异丙醇法 5

1.3.3.4 光催化合成过氧化氢研究现状及意义 5

1.5 光催化材料概述 6

1.5.1 BiVO₄光催化材料 6

1.5.2 光催化助剂材料 7

1.5.3 Au/BiVO₄光催化复合材料 8

1.6 课题研究的内容及意义 8

第二章 实验 10

2.1 实验试剂与仪器 10

2.1.1 试剂 10

2.1.2 实验所用仪器 10

2.2 单晶BiVO₄光催化材料的制备 10

2.3 Au/BiVO₄光催化剂的合成 11

2.4 H₂O₂性能测试与分析 11

第三章 结果与讨论 13

3.1 Au/BiVO₄光催化剂的合成思路 13

3.2 Au/BiVO4的形貌分析（SEM） 13

3.3 Au/BiVO4的XRD表征 13

3.4 Au/BiVO4的XPS表征 14

3.5 Au/BiVO4的UV-vis可见分析 15

3.6 Au/BiVO₄光催化合成H₂O₂性能分析 15

3.6.1 不同金负载量对产过氧化氢性能的影响 16

3.6.2 不同牺牲剂对产过氧化氢性能的影响 16

3.6.3 不同缓冲溶液对产过氧化氢性能的影响 17

第四章 结论 18

参考文献 19

致谢 21

第一章 绪论

1.1光催化概述

在世界范围内，对气候变化等环境问题的日益关注和对能源需求的日益增长，促进了清洁能源和新能源开发的严格努力。有数据显示，世界上消耗的能源体系中绝大部分是化石能源，而只有很少一部分是可再生能源。以目前的能源消耗速度，化石能源将会在数百年内完全消耗完，并且化石能源的使用会产生大量废水、废气、废渣等有害物质，对环境造成极大污染。因此，为了我们能有一个健康舒适的生存环境，开发洁净可再生能源，解决已遭受破坏的环境问题是当前的首要任务。

太阳能因其清洁环保，取之不尽用之不竭等特点成为未来新能源的不二之选。光催化技术仅利用太阳光的光能，不产生对环境有害的物质，且可以利用该技术制备一些新型的环境友好型能源如过氧化氢等，因此受到人们的广泛关注，在今后会有更大的发展。

1.2 光催化产过氧化氢

光催化是光和半导体材料之间的相互作用。光催化反应发生的一系列过程，包括光的吸收光生电子和空穴的产生、迁移、反应等都是在半导体材料上进行的。因此，半导体材料在光催化技术中起着至关重要的作用。